運動エネルギー・慣性・力学に関する質問

「技術の森」初心者です。初めて質問致します。技術系も初心者なので、わからないことも多いので、できるだけかみくだいてご回答いただけると幸いです。みなさま宜しくお願い致します。


リング状のワークを内側からクランプして運ぶ機構について考えています。

今回知りたいのは、

ワークの重量が　 20ｋｇ、
ワークの材質は　 SS400、
移動方向が　　　 垂直上下、水平左右、
移動速度が　　　 100ｍｍ/ｓ

のとき、ワークの持つ最大慣性エネルギーは
垂直降下から制止する瞬間、と思われますが、

?このときの力が、何ｋｇ相当になるか、
　 ということと、その計算式。

?クランプ時の荷重が、どの位でワークを
　 塑性変形させるか、とその計算式。

です。クランプ部の接触面積、材質、摩擦係数は
とりあえず保留で、それぞれの力の値と計算式を
知りたいところです。

宜しくお願い致します。

回答1さん、2さん。早速のご回答ありがとうございます。
条件としては、等速度運動100mm/sを減速無しの瞬時停止で考えております。
運動エネルギーから導くのかなと思いましたが、そこから式を変形して最終的には何kgに相当する荷重になるのかを知りたいです。
（衝撃荷重になるのかなとも考えています。）
更に、落下防止用の引っ掛けは無しという条件で考えていますので、現実的にいけるかどうか質問2の塑性変形まで発展して考えてみました。
（質問2はワークの寸法を表していないので、今の所保留でお願いします。）

減速する機能を持っていないアクチュエータを考えていますので、実際には　アクチュエータの内部で衝撃として荷重を受けようと思っています。
そこにクッション材を設ける事も検討しますが、計算値としてどの位の力に相当するのか興味を持って質問してみました。
金属間の衝突停止時間は 0.05s だと何かの資料で見たこともありますが、衝突停止時間を仮に　任意秒（0秒以上）と設定すれば、どの様な計算式で導き出せるのか知りたいです。
そうすると、その衝突停止時間を変えてやれば各材質間では衝撃力として何kgという数値が導きだせるのかもしれませんね。

回答3,4さん。ありがとうございます。もう少し教えてください。
停止時に減速をすることは実際には考えていますが、減速しない場合、もしくは V=100mm/S の等速度で搬送中に意図せず、ぶつかった等して、減速する前にクランプのハンドが急停止した場合に、ワークが何kg相当になってしまうかが知りたいです。それが計算で出せるのであれば、そこまで考慮して、塑性変形しないまでの力でクランプしてしまおうと思っています。
ですから、仮にということで、 V=100mm/s,重さ20kg,急停止時間0.05s の時、垂直下方に搬送中のワークが何kg相当になるかが出せるような計算式がありましたらお教えください。よろしくお願いします。

皆さん。ありがとうございます。色々ご指摘を頂いた意見と計算式により、私なりに結論を出してみました。

W=20kg,V=0.1m/s→0m/s,衝突時間0.02sで完了の時、ワークの鉛直下方に働く力は

衝突力：F = (WxV )/(9.8xt) + W (単位kgf)　の式より
　　　　　= (20x0.1)/(9.8x0.02) + 20
= 10.2 + 20
= 30.2 kgf

　　　　　　　　　　　答え　30.2kgf 相当の力になる。

仮に、ハンド爪とリング（ワーク）との摩擦係数が 0.1とすると、すべり落ちない為には

必要把持力：F = 30.2/0.1 = 302 kgf

　　　　　　　　　　　答え　302kgf 以上の把持力が必要。　　

と考えることにします。

塑性変形の計算の方も協力を頂きたかったのですが、ワーク寸法、ハンド爪の
形状を図無しでは、説明しづらいので自分で頑張ってみます。

※最後に回答(7)さんへ、衝突時間を実際には１番過酷な t=0.01s　で計算しようと考えていますが、ｔの見積り方の判定基準を、もう少し詳しく教えて頂けるとありがたいです。よろしくお願い致します。